陳 博，徐常凱，任佳成

(空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

0 引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)背景下，作戰(zhàn)部隊(duì)(如空軍)往往執(zhí)行高強(qiáng)度、多機(jī)種、大批量、多波次作戰(zhàn)任務(wù)，這使作戰(zhàn)航材保障難度更大，對(duì)作戰(zhàn)保障指揮人員的作戰(zhàn)航材保障能力的要求也更高。在此背景下，采用日漸成熟的建模與仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)航材保障流程的仿真模擬，不僅能夠全面細(xì)致地展示作戰(zhàn)航材保障的方法步驟，提高作戰(zhàn)航材保障指揮人員對(duì)作戰(zhàn)航材保障流程的熟悉程度，還能夠?yàn)樽鲬?zhàn)航材保障提供輔助決策支撐作用，也促使作戰(zhàn)航材保障不斷向滿足“作戰(zhàn)牽引、信息主導(dǎo)、精細(xì)管理、精確保障”的總體要求靠攏[1]。

近些年來，對(duì)后勤保障系統(tǒng)的仿真建模有很多研究，大多是基于離散事件的基礎(chǔ)上的，文獻(xiàn)[2]介紹了采用Petri網(wǎng)建模技術(shù)對(duì)保障系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建；文獻(xiàn)[3]闡述了2種國(guó)外較為先進(jìn)的裝備保障仿真軟件OPUS10和SIMLOX，并提出了構(gòu)建裝甲裝備的保障仿真平臺(tái)的概念；文獻(xiàn)[4]闡述了基于美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)下任務(wù)的復(fù)雜裝備系統(tǒng)建模方法。本文參考它們對(duì)離散事件的仿真方法，結(jié)合作戰(zhàn)航材的具體保障流程，主要采用應(yīng)用較為廣泛的面向Agent的仿真建模技術(shù)對(duì)作戰(zhàn)航材保障流程進(jìn)行仿真建模，將作戰(zhàn)航材保障中各個(gè)實(shí)體單元的狀態(tài)與方法進(jìn)行完全封裝[5]，再以此為基礎(chǔ)，采用Swarm平臺(tái)對(duì)上述Agent仿真模型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)能夠仿真統(tǒng)計(jì)出在具體任務(wù)中發(fā)生缺航材情況的次數(shù)[6]。

1 作戰(zhàn)航材保障仿真的Agent體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用Agent對(duì)作戰(zhàn)(其本身就是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng))進(jìn)行建模，能夠充分發(fā)揮Agent模型智能化、自適應(yīng)性水平高的特點(diǎn)，建立對(duì)應(yīng)的作戰(zhàn)Agent模型。對(duì)于作戰(zhàn)航材保障而言，必須從作戰(zhàn)任務(wù)出發(fā)，圍繞具體任務(wù)對(duì)作戰(zhàn)航材保障仿真預(yù)案進(jìn)行分析，從而構(gòu)建具體的仿真模型；同時(shí)，還要根據(jù)作戰(zhàn)航材保障任務(wù)對(duì)執(zhí)行任務(wù)的組織體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，即以任務(wù)作為出發(fā)點(diǎn)，使航材保障指揮機(jī)構(gòu)、航材保障人員和武器航材能夠在一個(gè)整體中運(yùn)作。其具體構(gòu)建方法如圖1所示。

首先，將作戰(zhàn)航材保障任務(wù)劃分為不同層次，使每個(gè)保障任務(wù)都可被表示為能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能的多個(gè)模塊的組合，用[A1,A2,…，An]表示。其中，n為組織基本功能的數(shù)量，Ai為組織所具備的第i項(xiàng)功能，主要包括作戰(zhàn)保障任務(wù)的接受、作戰(zhàn)保障任務(wù)的下達(dá)、作戰(zhàn)航材的籌措等；然后，對(duì)這些功能進(jìn)行量化構(gòu)建。其中，功能用[B1,B2,…,Bn]表示；再接著，根據(jù)n的大小，建立作戰(zhàn)航材保障推演功能平臺(tái)，主要包括消耗模擬平臺(tái)、作戰(zhàn)航材調(diào)撥平臺(tái)以及作戰(zhàn)航材緊急申請(qǐng)平臺(tái)等。平臺(tái)集合用{C1,C2,…，Ck}表示。其中，k表示平臺(tái)的數(shù)量。對(duì)于各功能所執(zhí)行某項(xiàng)功能的能力則表示為[CBi1,CBi2,…CBik]；最后，建立決策實(shí)體模型，使其能通過必要的平臺(tái)資源來執(zhí)行作戰(zhàn)航材保障任務(wù)，并將其各方面能力進(jìn)行量化，記為集合DS={d1,d2,…dk}[7]。

2 作戰(zhàn)航材保障仿真中的Agent設(shè)計(jì)

根據(jù)在執(zhí)行作戰(zhàn)保障任務(wù)過程中所擔(dān)負(fù)的職責(zé)、扮演的角色不同對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)航材保障仿真過程中的Agent進(jìn)行分類，主要包括任務(wù)描述Agent、數(shù)據(jù)分析Agent、決策Agent以及混合Agent 5類。這些Agent結(jié)構(gòu)既有一定的相似性，也有相應(yīng)的區(qū)別。

(1) 任務(wù)描述Agent

任務(wù)描述Agent在作戰(zhàn)航材保障仿真過程中主要承擔(dān)對(duì)仿真任務(wù)想定中的參數(shù)進(jìn)行采集，并對(duì)其進(jìn)行匯總，包括任務(wù)環(huán)境、戰(zhàn)損率、戰(zhàn)斗天數(shù)等如圖2所示。其對(duì)作戰(zhàn)航材保障的仿真消耗數(shù)量具有很大的影響。與此同時(shí)，任務(wù)描述Agent還可將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理之后傳遞給其他Agent模型。

圖2 任務(wù)描述Agent仿真結(jié)構(gòu)

(2) 數(shù)據(jù)分析Agent

數(shù)據(jù)分析Agent主要應(yīng)用于對(duì)作戰(zhàn)航材保障仿真過程中的信息傳遞，包括接收其他Agent的相關(guān)信息，并將這些信息進(jìn)行匯總、分類，在此基礎(chǔ)上通過在數(shù)據(jù)分析Agent中輸入算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析處理。最終將不同類型的數(shù)據(jù)分類推送給對(duì)應(yīng)層次的Agent模型，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)分析Agent仿真結(jié)構(gòu)

(3) 決策Agent

決策Agent主要在作戰(zhàn)航材保障仿真過程中發(fā)揮決策管理的作用。其主要通過接收其他Agent所反饋的數(shù)據(jù)信息，并通過對(duì)這些數(shù)據(jù)信息的分析，預(yù)先實(shí)現(xiàn)擬定的仿真規(guī)則，共同進(jìn)行推理決策，包括作戰(zhàn)航材是否被消耗、是否發(fā)生缺件等。決策Agent還將決策信息結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制指令下達(dá)給其他Agent，如圖4所示。

圖4 決策Agent仿真結(jié)構(gòu)

(4) 應(yīng)急處置Agent

應(yīng)急處置Agent是作戰(zhàn)航材保障流程仿真保障的核心內(nèi)容之一。對(duì)于作戰(zhàn)航材保障預(yù)案，其仿真中往往會(huì)出現(xiàn)缺器材的現(xiàn)象，即器材仿真模擬的消耗數(shù)量過大，預(yù)案制定的對(duì)作戰(zhàn)航材的消耗預(yù)測(cè)無法滿足作戰(zhàn)任務(wù)需要時(shí)，應(yīng)急處置Agent采用接受器材緊急調(diào)撥的指令，并調(diào)用數(shù)據(jù)分析Agent中的相關(guān)作戰(zhàn)航材保障資源數(shù)據(jù)以及模型庫中的航材緊急調(diào)撥申請(qǐng)表模板，受訓(xùn)人員可根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)其進(jìn)行填寫，如圖5所示。

(5) 混合Agent

混合Agent主要是以上4類Agent進(jìn)行組合的一種Agent類型，主要指在作戰(zhàn)航材保障仿真過程中往往一個(gè)Agent需要上述Agent組合才能實(shí)現(xiàn)其功能。例如：在保障過程中發(fā)生缺器材情況時(shí)，一方面要將數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)分析Agent中；另一方面也要調(diào)用應(yīng)急處置Agent對(duì)缺航材情況進(jìn)行處理。

圖5 應(yīng)急處置Agent仿真結(jié)構(gòu)

根據(jù)對(duì)作戰(zhàn)航材保障仿真任務(wù)過程的分析，將以上5類Agent模型進(jìn)行分層次交互設(shè)計(jì)。其具體交互模型如圖6所示。多Agent作戰(zhàn)航材保障預(yù)案按照各單元擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同可分為描述層、分析層、決策層、處置層以及資源層[8]。

圖6 作戰(zhàn)航材保障流程的Agent仿真架構(gòu)圖

3 基于Agent仿真模型的作戰(zhàn)航材保障實(shí)體關(guān)系描述

3.1 實(shí)體Agent

實(shí)體Agent代表在預(yù)案仿真過程中執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的單位。不同層次的Agent在仿真過程中擔(dān)負(fù)的角色各不相同，主要包括作戰(zhàn)航材、作戰(zhàn)航材保障部隊(duì)以及保障部隊(duì)的上級(jí)業(yè)務(wù)機(jī)關(guān)。按照作戰(zhàn)Agent建立的要求，可將其劃分為3元組，包括Agent名稱、Agent行動(dòng)集合以及Agent的相關(guān)約束集合。

作戰(zhàn)航材保障部隊(duì)實(shí)體模型可用于整建制地模擬航材保障部隊(duì)的保障行動(dòng)，在部隊(duì)調(diào)動(dòng)、集結(jié)、補(bǔ)充以及機(jī)場(chǎng)、兵力集結(jié)地被攻擊等非交戰(zhàn)行動(dòng)中，反映保障部隊(duì)組成結(jié)構(gòu)、位置分布等變化情況。例如：根據(jù)空軍作戰(zhàn)航材保障涉及的相關(guān)單位，主要包括以下部隊(duì)實(shí)體模型：上級(jí)指揮所、后方倉庫、航材保障單位、機(jī)務(wù)大隊(duì)、航材保障機(jī)動(dòng)分隊(duì)。

3.2 行動(dòng)

行動(dòng)主要代表各部門在作戰(zhàn)航材保障過程中所需要完成的任務(wù)，包括行動(dòng)名稱、開始任務(wù)的條件、行動(dòng)結(jié)束的條件以及行動(dòng)的約束等。其中：行動(dòng)名稱是指任務(wù)活動(dòng)的名稱；開始任務(wù)的條件是指當(dāng)滿足一定條件后任務(wù)開始執(zhí)行，例如在接受上級(jí)命令后，保障單位才能夠開始行動(dòng)；行動(dòng)結(jié)束后置條件指在任務(wù)完成后，所能夠滿足的條件，例如在進(jìn)行緊急申請(qǐng)時(shí)，該項(xiàng)器材一定出現(xiàn)了短缺。行動(dòng)的約束包括行動(dòng)執(zhí)行者的規(guī)定、行動(dòng)的相關(guān)規(guī)定等約束。

3.3 約束

由于各Agent在仿真過程中的層次不同，所以要設(shè)置一系列約束，作戰(zhàn)航材保障仿真中的Agent實(shí)體約束，主要包括作戰(zhàn)航材保障任務(wù)的時(shí)間約束、空間約束、資源約束以及各Agent之間的邏輯順序約束。其中：時(shí)間約束主要表示嚴(yán)格在想定規(guī)定的任務(wù)時(shí)間內(nèi)完成作戰(zhàn)航材保障任務(wù)，通常用任務(wù)持續(xù)時(shí)間與時(shí)間范圍來描述；空間約束主要是指作戰(zhàn)航材保障資源受空間限制的主要操縱中心點(diǎn)以及半徑描述；資源約束是指在作戰(zhàn)航材保障過程中所需要的航材資源配置的約束，包括航材數(shù)量、保障人員等資源約束；邏輯順序約束主要表示Agent在執(zhí)行任務(wù)過程中的流程順序，主要包括順序運(yùn)行、并列運(yùn)行以及選擇運(yùn)行3種[9]。

(1) 順序運(yùn)行

順序運(yùn)行是Agent模型之間最簡(jiǎn)單的關(guān)系之一，主要表示前一個(gè)Agent運(yùn)行結(jié)束，后一個(gè)Agent隨即開始的關(guān)系。例如：在進(jìn)行航材轉(zhuǎn)場(chǎng)保障任務(wù)時(shí)，轉(zhuǎn)出單位在結(jié)束保障關(guān)系后，轉(zhuǎn)進(jìn)單位馬上進(jìn)入接裝任務(wù)，建立新的保障關(guān)系。

(2) 并列運(yùn)行

并列運(yùn)行的方式主要可分為2種：一種是起始并列運(yùn)行；另一種是并列運(yùn)行結(jié)束。

(a) 起始并列運(yùn)行

起始并列關(guān)系表示多個(gè)Agent在相同的條件下同時(shí)觸發(fā)開始運(yùn)行狀態(tài)，例如：在轉(zhuǎn)場(chǎng)任務(wù)保障中，轉(zhuǎn)進(jìn)單位和轉(zhuǎn)出單位可能同時(shí)接收到作戰(zhàn)任務(wù)后，同時(shí)進(jìn)入清點(diǎn)庫存物資的狀態(tài)。

(b) 并列運(yùn)行結(jié)束

并列運(yùn)行結(jié)束表示多個(gè)Agent行動(dòng)完成之后同時(shí)結(jié)束，后一個(gè)Agent開始運(yùn)行。例如：在多個(gè)保障單位全部完成各自的保障任務(wù)之后，決策Agent才會(huì)對(duì)本次作戰(zhàn)保障任務(wù)是否成功進(jìn)行判斷。

(3) 選擇運(yùn)行

選擇運(yùn)行方式與并列運(yùn)行相類似，主要分為2種：一種是起始選擇結(jié)束運(yùn)行；另一種是結(jié)束選擇運(yùn)行。

(a) 起始選擇運(yùn)行

起始選擇運(yùn)行表示在一個(gè)Agent運(yùn)行完畢后在多個(gè)Agent中選擇一個(gè)進(jìn)行。例如：在發(fā)生航材緊缺的情況時(shí)，在仿真航材緊急調(diào)撥的過程中，當(dāng)應(yīng)急處置Agent發(fā)出應(yīng)急指令后，系統(tǒng)會(huì)在附近單位中選擇一個(gè)單位提供緊缺航材，并計(jì)算出時(shí)間。

(b) 結(jié)束選擇運(yùn)行

結(jié)束選擇運(yùn)行表示對(duì)于多個(gè)Agent同時(shí)運(yùn)行時(shí)，只要一個(gè)Agent執(zhí)行結(jié)束，下一個(gè)Agent便開始運(yùn)行。例如：多個(gè)參與作戰(zhàn)保障單位，任意一個(gè)單位出現(xiàn)航材短缺，應(yīng)急處置Agent就開始運(yùn)行。

根據(jù)上述關(guān)系，對(duì)各實(shí)體Agent之間的關(guān)系進(jìn)行梳理，使其能夠完整地描述出作戰(zhàn)航材保障流程，并構(gòu)建出完整的各Agent之間的關(guān)系圖，由Agent模型構(gòu)建的作戰(zhàn)航材仿真流程如圖7所示。

圖7 Agent模型構(gòu)建的作戰(zhàn)航材仿真流程

4 基于Swarm的作戰(zhàn)航材保障仿真的實(shí)現(xiàn)

Swarm仿真軟件是由圣菲研究所設(shè)計(jì)開發(fā)的、基于多主體并面向?qū)ο蟮囊豢钔耆_源的仿真平臺(tái)[10]，其主要能夠?qū)﹄x散事件進(jìn)行仿真并構(gòu)建出層次化的仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立對(duì)多Agent仿真模型的多層嵌套式結(jié)構(gòu)?；镜腟warm仿真程序主要包括ModelSwarm和Observe Swarm兩類[11]。

作戰(zhàn)航材保障仿真系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的保障系統(tǒng)，主要用于模擬各作戰(zhàn)單位在作戰(zhàn)航材保障過程中的保障活動(dòng)，采用模型Swarm對(duì)上級(jí)指揮Agent、應(yīng)急指揮Agent、航材股Agent、攜行保障分隊(duì)Agent以及后方航材倉庫Agent進(jìn)行封裝[12]，主要包括以下4個(gè)要素：

(1) 作戰(zhàn)航材Agent狀態(tài)

作戰(zhàn)航材Agent狀態(tài)是指?jìng)€(gè)體Agent自身的保障狀態(tài)，包括能夠使用的作戰(zhàn)航材資源的品種、數(shù)量、地理位置與人員素質(zhì)等基本信息要素，這些要素是影響模型Swarm產(chǎn)生動(dòng)作的主要因素。

(2) 約束與交互

作戰(zhàn)航材Agent中都有不同的條件約束限制其活動(dòng)范圍，例如航材股Agent要遵循上級(jí)指揮機(jī)關(guān)發(fā)布的任務(wù)的基本信息與要求。與此同時(shí)，各Agent之間能夠進(jìn)行信息的交流。

(3) 流程控制

流程控制是指為了模擬作戰(zhàn)航材保障流程事先對(duì)各個(gè)Agent仿真執(zhí)行任務(wù)的順序進(jìn)行設(shè)置，通過調(diào)整各Agent行動(dòng)發(fā)生的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)Swarm仿真模型的時(shí)間控制。

(4) 仿真行為

仿真行為是指在Agent接收到外部信息之后，各實(shí)體Agent對(duì)輸入的信息，根據(jù)實(shí)現(xiàn)擬定的規(guī)則進(jìn)行推理計(jì)算，輸出結(jié)果傳輸?shù)较乱粋€(gè)Agent實(shí)體之中。

再建立Observe Swarm，其主要用于觀察統(tǒng)計(jì)ModelSwarm中的各仿真數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)生成圖標(biāo)進(jìn)行直觀分析。

下面以作戰(zhàn)保障任務(wù)為例，空軍某型飛機(jī)24架，于某年某月某日由A單位進(jìn)駐B單位，執(zhí)行戰(zhàn)略性突擊任務(wù)，作戰(zhàn)時(shí)間為7天。此型裝備完好率設(shè)為85%，出動(dòng)率設(shè)為80%，出動(dòng)強(qiáng)度設(shè)為3次/天，裝備戰(zhàn)損率設(shè)為4%，進(jìn)行仿真，通過仿真其作戰(zhàn)裝備保障流程，仿真統(tǒng)計(jì)出在保障任務(wù)過程中發(fā)生缺航材的次數(shù)、缺器材的種類、數(shù)量等信息，具體Observe Swarm數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖如圖8、圖9所示。

圖8 缺航材發(fā)生次數(shù)

圖9 缺航材品種與數(shù)量

這些數(shù)據(jù)都能夠作為作戰(zhàn)航材保障部隊(duì)制定作戰(zhàn)航材保障預(yù)案時(shí)的重要數(shù)據(jù)支撐，使整個(gè)作戰(zhàn)航材保障獲得更大的軍事經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

在作戰(zhàn)裝備保障仿真系統(tǒng)中,根據(jù)具體的作戰(zhàn)航材保障流程，考慮各作戰(zhàn)元素的關(guān)系，采用基于Agent仿真建模方法與表達(dá)形式，搭建了Agent仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架，建立了各Agent相互之間的協(xié)同關(guān)系,然后將作戰(zhàn)裝備保障流程中的Agent實(shí)體模型包裝為Swart模塊，通過Swart仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行某種方法或者動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的仿真功能。最后本文給出了對(duì)具體作戰(zhàn)航材保障任務(wù)的仿真結(jié)果，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，能夠廣泛地運(yùn)用于對(duì)作戰(zhàn)裝備保障決策領(lǐng)域中，為作戰(zhàn)指揮人員的決策提供數(shù)據(jù)支撐。